สายออปติคอลทำงานอย่างไร? คู่มือปฏิบัติเพื่อการส่งสัญญาณโดยใช้แสง

หากคุณถือปลายที่ตัดของสายแพทช์ไฟเบอร์ออปติกที่มีกระแสไฟอยู่ติดกับผนัง และเห็นแสงสีแดงจางๆ แสดงว่าคุณกำลังดูสัญญาณนั้นเอง แสงที่ส่องสว่างนั้นคือข้อมูล: แหล่งกำเนิดแสงเล็กๆ ที่เปิดและปิดหลายล้านครั้งต่อวินาที สายเคเบิลออปติกทำงานโดยการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นพัลส์แสง โดยนำพัลส์เหล่านั้นผ่านเกลียวแก้วหรือพลาสติกที่มีขนบางๆ แล้วแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ปลายสุด เนื่องจากข้อมูลเดินทางเป็นโฟตอนมากกว่าอิเล็กตรอน จึงสามารถข้ามได้หลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตรโดยมีการสูญเสียต่ำ มีแบนด์วิธสูง และต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์ ข้อควรระวังก่อนสิ่งอื่นใด: อย่ามองตรงไปยังส่วนปลายของไฟเบอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ เนื่องจากแสงอินฟราเรดที่มองไม่เห็นซึ่งใช้ในเครือข่ายจริงอาจทำให้ดวงตาของคุณได้รับบาดเจ็บอย่างถาวร ส่วนด้านล่างจะอธิบายฟิสิกส์ทีละขั้นตอน จากนั้นเชื่อมโยงแต่ละหลักการเข้ากับรายละเอียดที่สำคัญเมื่อคุณระบุ ซื้อ หรือติดตั้งสายเคเบิลสำหรับโครงการจริง

จริงๆ แล้วมีอะไรอยู่ภายในสายเคเบิลออปติคอล

ข้อสรุปประการแรก: สายเคเบิลแบบออปติกคือท่อแสงที่มีความแม่นยำซึ่งห่อหุ้มไว้เพื่อการป้องกัน ส่วนการทำงานของมันคือเส้นใยแก้วบริสุทธิ์พิเศษที่ถูกดึงให้บางกว่าเส้นผมของมนุษย์ ทุกสิ่งทุกอย่างมีอยู่เพื่อรักษาแสงสว่างไว้ภายในเส้นใยนั้นและรักษาเส้นใยนั้นให้อยู่ในสภาพสมบูรณ์

แกนกลาง ศูนย์รับแสงทำจากแก้วหรือพลาสติกออปติก ใยแก้วโทรคมนาคมมีแกนประมาณ 8 ถึง 62.5 ไมครอน ขึ้นอยู่กับประเภท
การหุ้ม ชั้นกระจกที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าเล็กน้อยรอบแกนกลาง มันกักแสงไว้ข้างใน โดยทั่วไปคู่แกนและกาบจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 125 ไมครอน
การเคลือบและบัฟเฟอร์ ชั้นอะคริเลตเนื้อนุ่ม โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 250 ไมครอน ซึ่งช่วยปกป้องกระจกจากการเสียดสีและความชื้น
สมาชิกที่แข็งแกร่ง เส้นด้ายอะรามิดหรือแท่งไฟเบอร์กลาสที่รับแรงดึง แก้วจึงไม่ต้องรับแรงดึง
เสื้อตัวนอก. PVC หรือวัสดุปลอดฮาโลเจนควันต่ำในอาคาร, โพลีเอทิลีนที่มีความเสถียรต่อรังสียูวีสำหรับภายนอกอาคาร เลือกใช้เพื่อให้ทนต่อการถูกกระแทก น้ำ อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง และสัตว์ฟันแทะ

กระจกมีความบริสุทธิ์มากจนวิศวกรชอบพูดว่าถ้าทำจากมหาสมุทร คุณก็จะมองเห็นก้นทะเลจากพื้นผิวได้ แสงสามารถเดินทางได้หลายกิโลเมตรก่อนที่แสงจะสูญเสียไปครึ่งหนึ่ง

การสะท้อนกลับภายในทั้งหมด: ทำไมแสงจึงอยู่ข้างใน

หลักการชี้นำคือการสะท้อนภายในทั้งหมด แกนกลางถูกเจือเพื่อให้มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าการหุ้ม ประมาณ 1.48 เทียบกับ 1.44 ในมัลติไฟเบอร์ทั่วไป เมื่อแสงที่เดินทางในแกนกลางกระทบกับขอบเขตนั้นด้วยมุมที่ตื้นเพียงพอ แสงจะสะท้อนกลับอย่างสมบูรณ์ราวกับกระจกเงาที่สมบูรณ์แบบ และซิกแซกลงไปตามเกลียวคลื่น เนื่องจากการสะท้อนกลับทั้งหมด จึงไม่มีแสงลอดเข้าไปในผนัง และสัญญาณจะแพร่กระจายเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร

มุมคือทุกสิ่งทุกอย่าง แสงจะต้องเข้าสู่เส้นใยภายในกรวยที่เรียกว่ากรวยยอมรับ ภายนอกกรวยนั้นมันจะรั่วเข้าไปในผนังและตายไปภายในไม่กี่เมตร นี่คือเหตุผลว่าทำไมส่วนปลายของตัวเชื่อมต่อจึงต้องได้รับการขัดเงาและเข้าคู่อย่างแม่นยำ ขั้วต่อที่สกปรกหรือวางไม่ตรงจะปล่อยแสงออกไปนอกมุมรับ และเปลี่ยนข้อต่อที่สะอาดให้กลายเป็นขั้วต่อที่สูญเสีย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทดสอบไฟเบอร์จึงเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบและทำความสะอาดส่วนปลายเสมอ

ห่วงโซ่เต็มรูปแบบ: จากไฟฟ้าสู่แสงสว่างและย้อนกลับ

1. เครื่องส่งจะแปลงอิเล็กตรอนเป็นโฟตอน

ที่จุดสิ้นสุดการส่ง วงจรควบคุมจะสลับแหล่งกำเนิดแสงตามขั้นตอนกับข้อมูลดิจิทัล ซึ่งโดยปกติจะผ่านการกดปุ่มเปิด-ปิดแบบง่ายๆ ระบบการเข้าถึงระยะสั้นใช้ LED หรือ VCSEL (เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง); ระบบระยะไกลใช้เลเซอร์ไดโอดที่มีความแม่นยำซึ่งล็อคไว้กับความยาวคลื่นอินฟราเรด โดยทั่วไปคือ 850 นาโนเมตร 1310 นาโนเมตร หรือ 1550 นาโนเมตร โดยที่แก้วจะมีความชัดเจนที่สุด

2. เส้นใยนำพาพัลส์

การลดทอนจะกำหนดงบประมาณ มัลติโหมดไฟเบอร์จะสูญเสียประมาณ 3 เดซิเบลต่อกิโลเมตรที่ 850 นาโนเมตร ดังนั้นสัญญาณจะลดลงประมาณครึ่งหนึ่งทุกๆ กิโลเมตร ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวที่ 1,550 นาโนเมตรสูญเสียประมาณ 0.2 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ซึ่งเป็นสาเหตุที่สร้างเส้นทางระยะไกลและใต้น้ำ โดยทั่วไปแล้วตัวเชื่อมต่อที่เชื่อมต่อแต่ละตัวจะเพิ่ม 0.3 ถึง 0.5 dB และตัวประกบฟิวชันแต่ละตัวจะอยู่ที่ประมาณ 0.1 dB และวิศวกรจะเพิ่มตัวเลขเหล่านี้ขึ้นเพื่อยืนยันว่าลิงก์จะปิดลงจริง ๆ

3. แอมพลิฟายเออร์และรีเจนเนอเรเตอร์จะคืนค่าสัญญาณ

ในระยะยาว เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียมจะเร่งสัญญาณแสงโดยตรงโดยไม่ต้องแปลงกลับเป็นไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดใหม่จะเว้นระยะห่างกันหลายสิบกิโลเมตรสร้างพัลส์ที่สะอาดขึ้นใหม่บนเส้นทางที่ยาวที่สุด

4. เครื่องรับแปลงโฟตอนกลับเป็นข้อมูล

โฟโตไดโอดที่ปลายสุดจะเปลี่ยนความเข้มของแสงกลับเป็นกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่รับสัญญาณจะสร้างกระแสข้อมูลดิจิทัลดั้งเดิมขึ้นมาใหม่ ห่วงโซ่ทั้งหมด ตั้งแต่ไฟฟ้าไปจนถึงออปติคัลและด้านหลัง คือสาเหตุที่การเชื่อมโยงไฟเบอร์อธิบายโดยงบประมาณการสูญเสียจากต้นทางถึงปลายทาง แทนที่จะอธิบายด้วยความยาวสายเคเบิลเพียงอย่างเดียว

โหมดเดี่ยวกับมัลติโหมด: การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

ขนาดแกนกลางเป็นข้อกำหนดที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุด เนื่องจากเป็นตัวกำหนดจำนวนเส้นทางที่เรียกว่าโหมดที่แสงสามารถรับได้ แกนกลางขนาดเล็กช่วยให้มีเส้นทางได้เพียงเส้นทางเดียว ดังนั้นแสงทั้งหมดจึงมาถึงเกือบจะในเวลาเดียวกัน แกนกลางขนาดใหญ่ช่วยให้มีเส้นทางได้หลายเส้นทาง และการแพร่กระจายของเวลาที่มาถึงหรือที่เรียกว่าการกระจายแบบโมดอล จะจำกัดทั้งระยะทางและแบนด์วิธ ตารางด้านล่างสรุปการแลกเปลี่ยน

โหมดเดี่ยวเข้าถึงได้ไกลยิ่งขึ้นด้วยความแม่นยำของเลเซอร์ ในขณะที่โหมดมัลติโหมดช่วยให้ต้นทุนระยะสั้นต่ำ
ลักษณะเฉพาะ	ไฟเบอร์โหมดเดียว	มัลติไฟเบอร์
เส้นผ่านศูนย์กลางแกน	8-10 ไมครอน	50 หรือ 62.5 ไมครอน
แหล่งกำเนิดแสง	เลเซอร์ไดโอด	LED หรือ VCSEL
ความยาวคลื่นปฏิบัติการ	1310 / 1550 นาโนเมตร	850 นาโนเมตร (เช่น 1300 นาโนเมตร)
การลดทอน	ประมาณ 0.2-0.4 เดซิเบล/กม	ประมาณ 3 เดซิเบล/กม. ที่ 850 นาโนเมตร
เข้าถึงได้จริง	กิโลเมตรถึงหลายร้อยกิโลเมตร	ประมาณ 300-550 ม. ที่ความเร็ว 10G
การใช้งานทั่วไป	แกนหลักโทรคมนาคม วงแหวนมหานคร การเชื่อมต่อระหว่างมหาวิทยาลัย	แบ็คโบนในอาคาร ศูนย์ข้อมูล ลิงก์อุปกรณ์อุตสาหกรรม

เวอร์ชันครัวเรือน: ระบบเสียงแบบดิจิตอล

พอร์ตออปติคัลสี่เหลี่ยมที่ด้านหลังของทีวีหรือซาวด์บาร์ทำงานบนฟิสิกส์แบบเดียวกันทุกประการในขนาดจิ๋ว ใยแก้วนำแสงพลาสติกที่มีความหนาประมาณหนึ่งมิลลิเมตรนำพาพัลส์จาก LED สีแดงที่มองเห็นได้ประมาณ 650 นาโนเมตร ซึ่งจัดรูปแบบเป็นสตรีมเสียงดิจิทัล S/PDIF โฟโตไดโอดที่ปลายสุดจะแปลงพัลส์กลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าสำหรับชิปถอดรหัส

ประโยชน์เชิงปฏิบัติคือความโดดเดี่ยว เนื่องจากไม่มีสื่อกระแสไฟฟ้าใดข้ามช่องว่างได้ เสียงแบบออปติคอลจึงกำจัดกราวด์ลูปที่ทำให้เกิดเสียงฮัมและขจัดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟในบริเวณใกล้เคียง ข้อจำกัดของมันคือแบนด์วิธ: รูปแบบดังกล่าวมีการบีบอัดเสียงเซอร์ราวด์ 5.1 แต่ไม่ใช่รูปแบบที่ไม่สูญเสียข้อมูลและมีอัตราบิตสูงที่เวอร์ชัน HDMI รุ่นใหม่กว่ารองรับ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ HDMI เข้ายึดครองเส้นทางโฮมเธียเตอร์ส่วนใหญ่

การออกแบบแบบไฮบริด: เมื่อเส้นทางหนึ่งต้องมีพลังงานและข้อมูล

โครงการอุตสาหกรรมไม่ค่อยมีเส้นทางแยกกัน ทาวเวอร์เครนต้องการกำลังเซอร์โวและการตอบสนองของตัวเข้ารหัส เครื่องเจาะอุโมงค์ต้องการกระแสมอเตอร์และข้อมูลเซ็นเซอร์ สถานีตรวจสอบบนยอดเขาต้องการพลังงานอิเล็กทรอนิกส์และกล้องที่เชื่อมต่ออยู่ การดึงสายไฟและสายข้อมูลเคียงข้างกันจะทำให้งานติดตั้งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เพิ่มพื้นที่ถาดหรือท่อเป็นสองเท่า และทำให้จุดที่เสียหายเป็นสองเท่า สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติกแก้ปัญหานี้โดยการวางแกนพลังงานทองแดงและไฟเบอร์ออปติกไว้ในแจ็คเก็ตที่ใช้ร่วมกันเพียงตัวเดียว ดังนั้นการดึงเพียงครั้งเดียวก็ทำได้ทั้งสองอย่าง

สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติกสำหรับเส้นทางการสื่อสารพลังงานและแสงแบบรวม

Fiber Optic Composite Cable Combining Power Cores and Optical Fibers

สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติกที่รวมแกนกำลังและเส้นใยนำแสง สายเคเบิลไฮบริดนี้วางตัวนำไฟฟ้าทองแดงและยูนิตไฟเบอร์ออปติกไว้ในแจ็คเก็ตที่ใช้ร่วมกันเพียงตัวเดียว ทำให้การดึงเพียงครั้งเดียวส่งทั้งพลังงานและข้อมูล เหมาะสำหรับเครน เครื่องขุดอุโมงค์ และสถานีตรวจสอบระยะไกลซึ่งเส้นทางที่แยกกันทำไม่ได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

องค์ประกอบทางแสงภายในลูกผสมเหล่านี้เป็นไปตามหลักการทุกข้อที่อธิบายไว้ข้างต้น: การสะท้อนภายในทั้งหมด การลดทอนที่ขึ้นกับความยาวคลื่น และงบประมาณการสูญเสียของตัวเชื่อมต่อ ในขณะเดียวกัน เสื้อแจ็คเก็ตจะต้องทนต่อสภาพแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นรังสียูวีบนอาคารที่เปิดโล่ง น้ำมันในหลุมโรงงาน หรืออากาศที่เต็มไปด้วยเกลือใกล้แนวชายฝั่ง ในกรณีที่ระบบขับเคลื่อนและอินเวอร์เตอร์สร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าอย่างรุนแรง การหุ้มฉนวนเสริมรอบสายเคเบิลจะช่วยปกป้องฮาร์ดแวร์โดยรอบ ตัวแสงเองก็มีภูมิคุ้มกัน แต่อุปกรณ์ปลายทางและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงได้รับประโยชน์

สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติก GDL23 สร้างขึ้นเพื่อการส่งข้อมูลทางไกลที่มีความเสถียร

GDL23 Armored Fiber Optic Composite Cable for Direct Burial

สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติกหุ้มเกราะ GDL23 สำหรับการฝังโดยตรง ด้วยเกราะเทปเหล็กสองชั้น ไส้ปิดกั้นน้ำ และปลอกหุ้มที่ทนต่อสารเคมี GDL23 ปกป้องทั้งองค์ประกอบออปติกและทองแดงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุโมงค์สาธารณูปโภค พื้นที่ทรุดตัว และพื้นที่ที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าอย่างหนักจากไดรฟ์และอินเวอร์เตอร์ ดูผลิตภัณฑ์ →

ในสายการผลิตแบบอัตโนมัติ โครงสร้างคอมโพสิตมักจะถูกระบุควบคู่ไปกับตระกูลสายเคเบิลอุตสาหกรรมอื่นๆ และช่วยให้มองเห็นได้ในบริบทของความสมบูรณ์ โซลูชันสายเคเบิลสำหรับสภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติ แทนที่จะเป็นองค์ประกอบที่แยกออกจากกัน

ที่ที่ไฟเบอร์ชนะ และที่ที่ทองแดงยังคงสมเหตุสมผล

ไฟเบอร์ไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้องโดยอัตโนมัติ และการปฏิบัติเช่นนั้นจะนำไปสู่การใช้จ่ายเกินควร ไฟเบอร์ได้รับชัยชนะอย่างเด็ดขาดในด้านระยะทาง แบนด์วิดท์ต่อเส้น ภูมิคุ้มกัน EMI น้ำหนัก และความปลอดภัย เนื่องจากการแตะไฟเบอร์แก้วจะทำให้สัญญาณโค้งงอและทำให้สัญญาณจางลง ทำให้สามารถตรวจจับการบุกรุกได้ Copper ชนะในเรื่องต้นทุนการเชื่อมต่อ ความเรียบง่ายในการยกเลิก และความสามารถในการจ่ายพลังงานด้วยข้อมูลบนคู่เดียวกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมทองแดงจึงยังคงครองตำแหน่งช่วงสองสามเมตรสุดท้ายของระบบส่วนใหญ่ แม้แต่ในทองแดง คุณภาพของสัญญาณยังควบคุมโดยเคมีของฉนวน: ไดอิเล็กตริก PE ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำจะลดความจุไฟฟ้าที่ลดทอนสัญญาณความถี่สูง ซึ่งเป็นหลักการที่ครอบคลุมเพิ่มเติมในบทความของเราเกี่ยวกับ วัสดุคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำรองรับการส่งผ่านที่เสถียรเพียงใด .

เมื่อคุณระบุไฟเบอร์หรือคอมโพสิตไฮบริด ให้ตรวจสอบจุดเหล่านี้ก่อนเปรียบเทียบราคา:

คะแนนการลดทอน ที่ความยาวคลื่นปฏิบัติการของคุณ ในหน่วย dB/กม. ซึ่งตรงกับงบประมาณลิงก์ของคุณ
รัศมีโค้งงอขั้นต่ำ โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางของแจ็คเก็ตประมาณ 10 ถึง 20 เท่า และการออกแบบรัศมีที่แคบกว่าก็มีความสำคัญในโซ่ลากและอุปกรณ์เคลื่อนย้าย
วัสดุแจ็คเก็ต : ไร้ฮาโลเจนควันต่ำสำหรับพื้นที่สาธารณะในที่ปิด, โพลีเอทิลีนภายนอกที่มีความเสถียรต่อรังสียูวี, สารประกอบทนน้ำมันบนพื้นอุตสาหกรรม
จำนวนและชนิดของไฟเบอร์ : อนุญาตให้ใช้ไฟเบอร์สำรองได้ เนื่องจากสายเคเบิลที่มี 8 มีราคามากกว่าอันที่มี 4 เส้นเล็กน้อย แต่การดึงซ้ำในภายหลังจะมีค่าใช้จ่ายสูงมาก
การป้องกันทางกล เช่น การหุ้มเกราะ ไม่ว่าที่ใดก็ตามที่ภาระหนักหรือสัตว์ฟันแทะมีความเสี่ยงตามความเป็นจริง

สายเคเบิลคอมโพสิตไฟเบอร์ออปติก PRAP3 พร้อมประสิทธิภาพการป้องกันสัญญาณรบกวนที่แข็งแกร่ง

PRAP3 Shielded Triplet Sensor Signal Cable

PRAP3 สายสัญญาณเซนเซอร์ Triplet แบบชีลด์ PRAP3 มีการป้องกันแบบกลุ่มและการป้องกันโดยรวมสำหรับการส่งสัญญาณแบบบาลานซ์แบบ 3 คอร์ รักษาสัญญาณตัวเข้ารหัสและเซ็นเซอร์ให้สะอาดบนสายการผลิตอัตโนมัติที่มีปัญหาเสียงรบกวนจากอินเวอร์เตอร์ ทำให้เป็นตัวเลือกที่เกี่ยวข้องควบคู่ไปกับข้อกำหนดเฉพาะของสายเคเบิลคอมโพสิต ดูผลิตภัณฑ์ →

คำตอบที่ได้ผลสำหรับ "สายเคเบิลแบบออปติกทำงานอย่างไร" อยู่ในประโยคเดียว: เครื่องส่งจะเปลี่ยนข้อมูลเป็นพัลส์แสงตามกำหนดเวลา การสะท้อนภายในทั้งหมดจะดักจับพัลส์เหล่านั้นไว้ภายในแกนแก้วและนำพาไปโดยสูญเสียน้อยที่สุด และเครื่องรับจะเปลี่ยนแสงกลับเป็นข้อมูล ทุกสิ่งทุกอย่างตั้งแต่เคมีในการหุ้มและการเลือกความยาวคลื่นไปจนถึงวัสดุแจ็คเก็ตล้วนมีอยู่เพื่อรองรับประโยคนั้น หากคุณกำลังวางแผนเส้นทางที่ผสมผสานพลังงานและการสื่อสาร ให้เริ่มจากระยะทาง สภาพแวดล้อม และสภาพแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นจับคู่โครงสร้างสายเคเบิลกับข้อเท็จจริงทั้งสามประการ ผู้ผลิตที่ออกแบบทั้งโครงสร้างทองแดงและโครงสร้างเชิงแสงภายใต้หลังคาเดียวกันมักจะเสนอการออกแบบคอมโพสิตที่ช่วยให้คุณประหยัดเวลาในการดึงครั้งที่สองโดยสิ้นเชิง และการทบทวนงบประมาณการสูญเสียและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมกับซัพพลายเออร์ก่อนที่คุณจะสรุปข้อกำหนดถือเป็นประกันที่ถูกที่สุดที่คุณสามารถซื้อได้